Описание лабораторной установки. Электростатическое поле в данной лабораторной работе моделируется полем переменного

Электростатическое поле в данной лабораторной работе моделируется полем переменного электрического тока, так как оба поля являются потенци-альными и распределение потенциалов в данных полях будет одинаковым.

Схема экспериментальной установки представлена на рис. 2.1.

В ванночку из пластмассы, заполненную слабо проводящей жидкостью (водой), помещают два металлических электрода в виде плоских пластин. От источника питания на них подают переменное напряжение.

Для измерения потенциалов в различных точках проводящей среды берут два небольших проводника (зонда) в виде коротких металлических стержней, присоединенных к зажимам вольтметра (B). Один зонд заземляют или подсоединяют к любому электроду в ванне, другой помещают в разные точки проводящей среды и определяют последовательно координаты точек одинако-вого потенциала для построения эквипотенциальной линии.

 

 

Рис. 2.1. Схема установки для моделирования электростатического поля:

1 – источник питания (ИП); 2 – электролитическая ванна; 3 – плоскопараллельные пластины, закрепленные на органическом стекле с координатной сеткой; 4 – электронный осциллограф (ЭО); 5 – щуп

Перемещая зонд, аналогичным способом определяют координаты точек следующей эквипотенциальной линии с другим значением потенциала и т. д. Распределение эквипотенциальных линий в ванне будет зависеть от формы и взаимного расположения электродов и замкнутого проводящего контура (кольца, квадрата, треугольника и т. д.).

Задание

Найти и построить эквипотенциальные и силовые линии электрического поля между электродами произвольной формы и определить напряженность и потенциал электрического поля в заданной точке N по формулам:

,                                (2.1)

где D j = j _i - j _{i+ 1} - разность потенциалов между двумя соседними эквипотенциальными  линиями; ∆ l = D ₁ D ₂ – кратчайшее расстояние между соседними эквипотенциальными линиями, проведенное через точку N;

j _N = j _i - n ₁,                                    (2.2)

где n ₁ – отрезок нормали D ₁ N, опущенной из данной точки поля (N) на эквипотенциальную линию с большим j _i потенциалом (рис. 2.2.).

Порядок выполнения работы

1) Собрать электрическую цепь сог-ласно схеме, приведенной на рис. 2.1.

2) Включить и подготовить к работе электронный осциллограф: для этого необходимо подключить зонд на вход к любому из каналов ЭО, нажав соответственно кнопку «I» или «II» коммутатора; при этом генератор развертки выключить, нажав кнопку  «→ х».

3) Коснуться зондом незаземленного электрода и, вращая ручку регулятора напряжения блока питания, установить напряжение между электродами по заданию преподавателя.

4) Ручкой грубой и плавной регулировки переключателя канала «V/дел» регулировки делителя входного напряжения осциллографа (ручка 6) довести длину световой полоски до восьми больших делений, что должно соответствовать максимально возможной длине световой полоски l _y в пределах экрана осциллографа.

5) Определить цену большого деления осциллографа, разделив значение напряжения между электродами на восемь.

6) На заготовленной ранее координатной сетке, выполненной на бумаге формата А4, в масштабе 1:1 нанести расположение плоскопараллельных плас-тин; далее не изменяя разности потенциалов между пластинами, поместить между ними замкнутый проводящий контур, положение которого задает преподаватель, и начертить его на координатной сетке.

7) Разделив разность потенциалов между пластинами на восемь равных частей, построить семь эквипотенциальных линий от большего потенциала к меньшему с равным шагом (при их построении использовать не менее семи – восьми точек как в пространстве между пластинами, так и за их пределами).

8) Соединить полученные точки с одинаковым потенциалом плавной кривой, рядом указать значение соответствующего ей потенциала, начертить на полученной диаграмме шесть – восемь силовых линий.

9) Полученный результат подписать у преподавателя.

10) Для указанной преподавателем точки N электрического поля определить напряженность  и потенциал φ по формулам (2.1) и (2.2).

11) Выполнить математическую обработку результатов измерений.

12) Записать окончательный результат (с учетом правил округления).

13) Сделать вывод об однородности электростатического поля вблизи проводящих контуров и на большом расстоянии от них.

 

Лабораторная работа 3

электрические цепи ПОстоянного тока

Цель работы: приобрести практические навыки работы с простейшими электрическими схемами и изучить особенности электрических цепей постоянного тока при последовательном и параллельном соединении проводников.

П р и б о р ы и п р и н а д л е ж н о с т и:  генератор постоянного напряжения, амперметр, вольтметр, два исследуемых резистора, соединительные провода.